1. Давайте спочатку зрозуміємо: що насправді вирішує обробка поверхні
Гола мідь окислюється з моменту травлення та утворює оксидний шар протягом кількох годин. Основна місія обробки поверхні полягає лише в двох:
Захист мідної поверхні від окислення та вулканізації під час зберігання та зварювання;
Переконайтеся, що припій може надійно змочити паяльну площадку під час зварювання.
Ці три технологічні шляхи досягають однієї мети абсолютно різними способами, що визначає їхню диференціацію за площинністю, термостійкістю, терміном зберігання та вартістю. Пам’ятайте це речення: немає найкращої обробки поверхні, є лише найкраща.
Розмір олово напилення HASL занурення золото ENIG OSP
Склад поверхні: олов’яно-срібний мідний сплав (без свинцю), шар нікелю + шар золота, органічна захисна плівка
Погана площинність (з олов’яними вузликами та меніском), надзвичайно висока (рівень ≈ 0,1 мкм), найвища
Термін зберігання 3-12 місяців 6-12 місяців і більше 3-6 місяців
Хороша стійкість до рефлюксу (кілька разів), відмінна (4-10 разів), погана (1-2 рази)
2-3 найнижчий рівень напилення олова з найнижчою відносною вартістю
Плагіни типового сценарію, грубий інтервал, панель керування BGA/тонкий інтервал, високонадійна однопрохідна піч, споживча партійна плата
2, ENIG (хімічне нікелеве золото) - Бажано високої надійності, але це має певну ціну
Принцип процесу: хімічне осадження, спочатку нанесіть шар нікелю 3-6 мкм на чисту мідь як шар дифузійного бар’єру, а потім нанесіть дуже тонкий шар золота (0,05-0,1 мкм), щоб запобігти окисленню нікелю. Нижче 100 градусів протягом усього процесу, без теплового удару. Сам шар золота в зварюванні не бере участі, а при зварюванні утворюються інтерметаліди Ni Sn.
Основні переваги
Надзвичайно висока площинність: шорсткість можна контролювати на рівні 0,1 мкм, кульки припою BGA з відстанню 0,3 мм можна рівномірно приклеїти, а компоненти тонких штифтів не перекриваються;
Тривалий термін зберігання: зварюваність залишається практично незмінною протягом більше 12 місяців у вакуумній упаковці;
Стійкість до багаторазового оплавлення: витримує 4-10 циклів пайки оплавленням, підходить для багаторазового складання або ремонту, з широким вікном процесу;
Висока стійкість до корозії: золото є хімічно інертним і ефективніше в середовищі з високою вологістю та високим вмістом соляних бризок, ніж олов’яне напилення, що робить його обов’язковим для автомобільної електроніки, промислового керування, зберігання енергії та інших сценаріїв.
Ризики та недоліки
Чорна подушечка: під час занурення в золото розчин надмірно впливає на шар нікелю, викликаючи окислення та корозію шару нікелю з утворенням крихкого чорного шару. Зовнішній вигляд все ще може бути блискучим, але міцність паяних з’єднань надзвичайно низька. Приховані паяні з’єднання, такі як BGA/QFN, особливо небезпечні, і для виявлення проблеми часто потрібні місяці або навіть роки. Основні контрольні точки: значення pH розчину для занурення (потрібно підтримувати на рівні 5,0-5,5), вміст фосфору в шарі нікелю (7-10%) і товщина шару золота;
Чим товщий шар золота, тим краще: занадто товсте золото розчиниться в припої й утворить крихкий AuSn₄, що фактично знизить міцність паяного з’єднання. IPC-4552B вказує, що шар нікелю має становити 3,0–6,0 мкм, а шар золота – 0,05–0,10 мкм, що є оптимальним діапазоном після ретельної перевірки;
Тонкий шар золота, нестійкий до зношування: стандартні золоті пальці повинні бути покриті твердим золотом, а затоплене золото використовується для підключення та відключення інтерфейсів, зазвичай оголюючи мідь у межах 50 разів;
Не підходить для склеювання золотого дроту: нікель буде мігрувати та окислюватися до шару золота, і замість нього потрібно використовувати нікель-паладієве золото (ENEPIG);
Висока вартість: використання дорогоцінного металу, золота та складних хімічних процесів, вартість приблизно в 2-3 рази вища, ніж напилення олова.
3, HASL (вирівнювання гарячим повітрям) - король економічної ефективності, але з чіткими межами
Принцип процесу: фізичний термічний процес, друкована плата занурюється в розплавлений сплав олова приблизно на 260 градусів, а після видалення надлишок припою видувається ножем гарячого повітря під високим тиском, залишаючи покриття зі сплаву олова, що супроводжується сильним термічним ударом. Є свинцевий (63Sn/37Pb, поступово виведений з виробництва) і безсвинцевий (SAC305, температура плавлення близько 217 градусів).
Незамінні місця
Висока механічна міцність паяних з'єднань: шар олова товстий (1-40 мкм), який під час зварювання безпосередньо сплавляється з припоєм, утворюючи міцне паяне з'єднання;
Найнижча вартість: обладнання та матеріально-технічні ресурси доступніші, зрілі процеси та легкий ремонт;
Ідеально адаптовані до процесів пайки хвилею та підключення, плати з компонентами з наскрізними отворами як основним компонентом все ще є найбільш прийнятним сценарієм.
Смертельна слабкість
Погана площинність: вигнуті поверхні та вузлики олова є властивими процесу, а BGA/QFN з відстанню менше 0,5 мм безпосередньо виключаються. Тонкий проміжок схильний до перемичок і віртуальної пайки;
Сильний термічний удар: миттєва висока температура 260 градусів створює ризик деформації та розшарування для тонких пластин (менше або дорівнює 0,8 мм) і багатошарових пластин;
Короткий термін зберігання: олов’яний шар значно окислюється після 3-6 місяців перебування на повітрі, тому для експортних перевезень або довгострокового зберігання потрібні численні засоби захисту, наприклад вакуумне пакування.
4, OSP (органічна паяльна маска) - низька вартість і висока площинність, але вузьке вікно
Принцип процесу: нанесіть шар плівки з органічних сполук (зазвичай бензімідазолу) товщиною 0,2-0,5 мкм на чисту мідну поверхню та зваріть при високій температурі, щоб розкласти шар плівки, оголивши свіжу поверхню міді та з’єднавши її припоєм. Без металевого покриття.
Найбільший пункт продажу
Надзвичайно низька вартість (близько до нуля інкрементів), найгладкіша поверхня та ідеальна сумісність із ультрамаленькими пристроями 0201 і щільними контактами BGA;
Не впливаючи на опір сигналу, це один із основних процесів для плат високої щільності HDI, екологічно чистий і не містить свинцю.
Очевидні обмеження
Найкоротший термін зберігання: до 6 місяців у герметично закритих умовах, чутливих до вологості, слід використати якомога швидше після відкриття. Піт рук і відбитки пальців можуть пошкодити захисну плівку;
Обмежена рефлюксостійкість: зазвичай лише 2-3 рази, після чого погіршується;
Не підходить для пайки хвилею та процесів через отвір;
Неможливо встановлювати контакти, вставні конструкції або довгострокове обладнання.
5, Виберіть за сценарієм: чотири запитання для визначення рішення
Шлях прийняття рішення про вибір (запитайте себе по порядку)
Чи є компоненти чи BGA з відстанню менше 0,5 мм? Виключити напилення олова;
Як довго повинна зберігатися дошка? Понад 6 місяців → виключення OSP;
Чи є вимоги до високочастотних/радіочастотних індикаторів? Пріоритет слід віддати затопленому сріблу або золоту;
Це чутлива до вартості споживча пакетна плата? Так → OSP або осадження олова.
Порівняння типового сценарію
BGA/тонкий інтервал, прецизійна плата високої щільності → осадження золота, найбезпечніше;
Автомобільна електроніка, медичне обладнання, сервери, точне обладнання для довгострокової інвентаризації → Осадження золота (рекомендований шар нікелю 4-5 мкм і шар золота 0,05-0,1 мкм відповідно до автомобільних правил);
Висока частота/радіочастота (антена 5G, мікрохвильовий модуль, радар) → срібна імерсія (найнижча втрата високої частоти) або золота імерсія;
Розетка орієнтована, груба відстань, чутлива до вартості → напилення олова (плата живлення, невелика побутова техніка, звичайна промислова плата керування);
Однопрохідна, короткострокова оборотна споживча партійна плата → ОСП;
Тонкий інтервал для економії грошей → Осадження олова (плоска версія напилення олова як альтернатива, рентабельний середній варіант);
Золоті пальці, роз'єми, контакти кнопок → гальванічне тверде золото (зносостійке), яке неможливо замінити звичайним іммерсійним золотом.
Три поширені помилки
Чим товще золото, яке використовується для занурення, тим краще ": Надмірна товщина фактично збільшує крихкість. Достатньо шару зварювального золота товщиною 1-3 мкм", і ті, для яких справді потрібне товсте золото, є контактними, як золоті пальці, які повинні бути покриті твердим золотом;
Якщо OSP дешевий, то кожен повинен використовувати OSP. «Коли на виробничій лінії багато ручних операцій і плити потрібно відвантажувати партіями, недоліки OSP швидко виявляються;
Обробка поверхні не впливає на імпеданс: обробка поверхні дещо змінить товщину та втрати поверхневого провідника, тому сценарії надзвичайно високої частоти повинні бути включені в моделювання.